北欧水体污染防治研究的新进展
一、利用水资源与净化饮用水的新成果
（一）利用和管理水资源研究的新信息
1．合理利用水资源研究的新进展
建议通过合理利用水资源来缓解粮食危机。2009年5月，瑞典斯德哥尔摩大学与德国波茨坦气候影响研究所等专家组成的一个研究小组，在美国《水资源研究》杂志上报告说，如果人类能够合理管理和科学利用各种水资源，将能缓解全球未来可能出现的粮食危机。
报告指出，目前人类对水资源的管理和利用，往往更多地考虑“蓝水”，即来自河流和地下水的水资源，而忽视了“绿水”，即源于降水、存储于土壤并通过植被蒸发而消耗掉的水资源。这使人类应对水资源匮乏的措施受到限制。
该研究小组对地球的“蓝水”和“绿水”资源进行了量化分析。电脑模拟结果显示，到2050年，全球36％的人口，将同时面临“蓝水”和“绿水”危机。这意味着，这些人口将因缺水而无法实现粮食自给。
报告说，为了应对因水资源匮乏而导致的粮食危机，人类在合理管理和科学利用“蓝水”资源的同时，也要对“绿水”资源进行科学管理和合理应用。全球变暖加剧和人类需求增加，将导致全球30多亿人面临严重缺水，如若科学利用“绿水”资源，不仅能大大减少面临缺水的人口，而且在“蓝水”资源缺乏的国家，人们依然能生产出足够的粮食。
报告建议，为更有效应对水资源危机，人类应大力研发“绿水”资源利用技术，并在此基础上建立更能适应气候变化的农业系统，以应对未来可能出现的粮食危机。
此前研究发现，在全球的总降水中，有65％通过森林、草地、湿地等蒸发返回到大气中，成为“绿水”，仅有35％的降水储存于河流、湖泊以及含水层中，成为“蓝水”。
2．加强水资源管理研究的新进展
建立政府与公众联动的水资源管理机制。2017年4月，有关媒体报道，瑞典以《欧盟水框架指令》为依据，制定本国水环境管理的法律法规，形成体现自身特色的水资源管理流程，调动公众参与水环境管理，建立专门针对水环境和水资源的数据库，明显提高了水资源管理的质量和效率。
报道称，瑞典在五大水资源区开展水资源管理工作，每6 年为1 个周期。每个周期开始时要实施4个关键性步骤。
一是各区制订一个“水资源管理计划”，内容包括对当前和未来水环境形势的评估与分析，并且根据《欧盟水框架指令》确定为达到良好水资源状态而需要开展的工作。
二是各区为其范围内的水体(地表水和地下水)制订“环境质量标准”，预计这些水体的生态状态和化学状态最迟在6 年周期结束时达到该标准。
三是各区编制一份“措施计划”，阐述为达到上述环境质量标准而需要采取的具体措施。这些措施可能包括排放许可、许可证变更、环境监控、知识共享、市级规划等。该计划也确定了采取这些措施的日程安排，以及不同的机构和城市所承担的责任。
四是各区对措施计划开展环境影响评估（平行开展），目的是评价这些措施的积极效果，更重要的是确定相关措施的潜在缺点和风险，并建议做出调整以避免或降低负面影响。
评估意见和观点主要来自各个水资源区的地方机构和城市。在接下来的6 年里，这4个文件将指导各个水资源区地方机构和城市的水资源管理工作。在下一个6 年周期开始之前，这些文件需要进一步完善。这个过程涉及众多的利益相关者，他们会获得简单明了的可靠信息，以便就相关问题和目标达成一致意见，从而为顺利解决潜在冲突创造良机。第二个水资源管理周期是2016—2021 年。
瑞典政府还设立了环境质量目标委员会，利用该平台在整个社会的各个层面上推出更多的措施、投入更多的努力来实现环境质量目标。为了评估目标的实现进度，设定了能够反映出各个环境质量目标和中期目标实现进度的指标。这些指标是基于对环境状况的定期抽样、问卷调查和其他研究而设定的，每四年对所投入的努力进行一次更大规模的评估。
各区均设立一个水资源区管理局，负责各区的水环境质量管理以及在瑞典执行《欧盟水框架指令》。水资源区管理局应实施水资源规划并确保决定的措施得以实施。水资源区管理局最基本的任务是，制定水环境质量标准并确保各区达到该标准的要求。
各郡行政委员会设立一个筹备秘书处负责与水资源管理机构之间的协调工作。瑞典的20个郡行政委员会在水资源管理中扮演着重要的角色，是全国机构与地方机构、水资源管理局与地方机构之间的衔接机构。所有郡行政委员会均承担《环境质量目标》中规定的地区性工作以及其他水资源管理任务，包括地区和地方环境监控的协调工作等。
在瑞典12 个郡行政委员会中，设有专门的环境评估团(EAD)负责根据《环境法典》的规定，审核和批准危害环境活动的许可申请。环境评估团的决定职能是单独的，许可改良过程与郡行政委员会的监管职能分开。每个市也设有自己的市级环境局(环境办公室)，负责在地方监管危害环境的活动。
瑞典拥有20 个郡、290 个市，其职责和水土利用管理工作中，均直接涉及水资源管理工作。各个市也是地方环境工作的监管机构，负责饮用水生产和污水处理。按照瑞典国家法规的要求，各市也要开展环境监控以确保获得相关环境信息，主要是用于国际报告。各市均保留了对实际规划的管辖权，为不同的活动颁发许可证，并对可能影响环境和公共卫生的活动进行监控。市级规划和水资源管理局均负责处理水环境问题。因此，对于水资源管理局的水资源管理工作同城市对其管辖区域内水土资源利用的决策权，存在出现冲突的风险。水资源管理局有时也需要了解详细的市级规划情况。
大多数情况下，水资源管理机构的《措施计划》和《管理计划》是市级工作的有益补充。各市负责确保相关机构不会违反《环境质量标准》。当各市需要在其规划中考虑环境质量标准时，其独立性就受到限制。水资源管理机构有权干涉一个市做出的、可能整体上对水环境和环境质量造成潜在影响的任何决定。
瑞典的所有水资源管理工作都需要遵守不同的法律规定。以下两个法规为瑞典未来水资源管理工作奠定了法律基础。一是《水资源管理条例》，它规定了瑞典五大水资源区的划分、五个水资源管理机构及各自的任务。根据《瑞典环境法》第五章的规定，《水资源管理条例》适用于水环境质量管理。二是《郡行政委员会条例》，它规定了应如何组织水资源管理机构的工作并与利益相关者进行协作实现增效。
《欧洲水框架指令》和瑞典法律都强调和鼓励公众公开、广泛地参与该指令的实施。所建议的水资源综合管理方法，需要所有利益相关方的参与，共同承担责任。
在瑞典流域管理问题上，不仅需要流域区管理局做工作，充分的信息公开和动员所有利益方参与也是重要的基石。所有利益方得到在相应的活动中做出贡献的机会，从而更好地利用地方知识经验，改进水资源管理工作。在这些方面，通常的实现途径是：做出重大决定前，如决定环境质量标准、措施计划、流域管理计划等，先征询公众的意见并让公众参与。
水资源委员会存在于各个主要流域，是保证公众充分参与的地方和区域性平台。这些平台鼓励和动员所有利益相关方聚在一起，共同研究地方水资源问题的解决方案。通常，水资源委员会由来自于市政府、行业、土地所有者、利益集团的代表组成，它是流域区管理局的重要合作伙伴。水资源委员会成员初期可以参与相关筹备工作，并探讨地方水资源管理的方法。由于他们熟悉地方情况并且经验丰富，能确保在正确的地方采取正确的措施。
瑞典建立了一个高水平的水资源信息系统，它是一个专门针对水环境和水资源的数据库，包含瑞典所有主要湖泊、河流、地下水、沿海水体的相关信息。水资源管理局负责管理这个信息系统。该数据库可以查找下列信息：状态分类，它评估某一水体属于哪种状态；环境质量标准，即水质要求，不同机构和城市执法时可以依据这些标准；环境监控，即检查点水质检测获得的水质数据；水环境改良措施，它包括已经实施、正在实施以及计划实施的措施。同时，该数据库还可按照《欧洲水框架指令》规定，及时向欧盟汇报。
（二）饮用水净化与海水淡化的新信息
1．研制净化饮用水的新设备
发明化废水为饮用水的“生命吸管”。2006年10月，丹麦维斯特格德·弗兰德森公司，发明了一种戴在脖子上的“生命吸管（Lifestraw）”，它可以把污水净化为饮用水。
“生命吸管”实际上就是一根长25厘米，直径29毫米的塑料管子，里面装有7种过滤器，包括网眼直径6微米的网丝、注入了活性碳和碘的树脂。
“生命吸管”的操作很简单，只要把这个塑料管子伸进水里，并将水通过3个过滤器吸上来就可以了。当使用者通过它来吸水的时，污水首先碰到的是两层纺织过滤器，能够除去较大的杂质部分细菌。然后水将进入一个隔间，在这里碘会发挥作用，杀死细菌、病毒和寄生虫。最后的一个隔间充满了活性炭，它可以去除前面没有去掉的寄生虫，而且还可以消除大部分碘的味道。
这种简易净水器，可以缓解水源污染地区的用水困难，能为飓风、地震或其他灾难的受害者提供安全的饮用水，还可以成为人们周末外出旅游随身携带的“装备”。
不过，“生命吸管”并非完美无缺，它无法过滤能够导致肝炎等疾病的细菌，也难以过滤砷等金属。
2．研制海水淡化的新技术
开发用海浪能低成本淡化海水的新技术。2013年1月，芬兰阿尔托大学研究人员研发出一种新型海水淡化系统，该系统直接利用海浪能，实现了使用新能源低成本淡化海水的目标。
据介绍，该系统主要包括一个海浪能量转换器和一个反渗透设备。其工作原理是：安装在海水中的能量转换器对海水加压，使海水通过管道输送到陆地上的反渗透设备中，反渗透作用将盐分从海水中去除，再进一步做出后续处理，则能确保生产的淡水适于饮用。
阿尔托大学的可行性研究结果表明，该套系统的最大淡水日产量约为3700立方米，每立方米淡水生产成本可低至0.60欧元，成本与目前利用其他能源的海水淡化方法几乎持平。
研究人员表示，该系统适用于海浪能丰富，又存在大量饮用水需求的沿海地区，如美国西海岸、非洲南部、澳大利亚、加那利群岛和夏威夷等地。
据联合国水机制组织预计，到2025年，世界上将有18亿人口生活在缺乏饮用水的地区。与此同时，全球化石能源渐趋枯竭，环境污染日益加剧。阿尔托大学研究人员认为，他们的新技术有助于缓解饮用水缺乏，还为利用清洁能源开辟了新途径。
二、防治水体污染研究的新成果
（一）探索不同相态水的新发现
——X射线发现水存在两种不同液态形式
2017年6月26日，物理学家组织网报道，斯德哥尔摩大学化学物理学家安德森·尼尔森带领的研究团队，在美国《国家科学院学报》上发表论文称，他们利用X射线进行研究后发现，水在开始结冰的低温条件下，其内同时存在两种不同结构和黏稠度的液相。这一重要发现，对全面认识水及与其息息相关的生命基本物质的特性具有重要意义。
一般认为，冰是一种排列规则的晶体，但地球上的冰最普遍的却是以非晶体形式存在的无序态，而且这种非晶体包括可以相互转换的低密度和高密度两种不同形式。很早以前就有科学家推测，两种不同非结晶态的冰，分别对应两种不同黏稠度的液相水，共存于水中的两种液相，赋予水许多与众不同的特性。
但这一假设，始终没有获得验证。这次，尼尔森研究团队攻克了这一难关。他们利用美国阿尔贡国家实验室的X射线装置，测出水内含有两种不同结构和密度的相态，随后，他们进一步利用德国电子同步加速器研究所的大型X射线实验装置，对液态水进行动力学研究后证实，这两种相态都是液相，水确实以两种不同液相并存。
研究人员表示，上述发现将激励他们对水做进一步的研究。水是地球的基本物质形态，其熔点、密度、热容量等70多个特性，与大多数液体完全不同，这些独特之处使之成为生命存在的必要条件。对这些特性的细节进行全面探索，不仅有助于开发出污水处理和盐水淡化新技术，应对全球气候变暖导致的重大挑战，同时也能帮助科学家厘清水与盐类分子和生物分子等其他生命物质的关系。
（二）水体污染防治技术及设施的新信息
1．开发防治油污染的新技术
研制出不锈钢冰箱表面的防指纹油污技术。2006年8月10日，瑞典伊莱克斯（Electrolux）股份有限公司中国区负责人宣布，在中国市场上首度推出“尊银”系列冰箱，它具有不锈钢冰箱表面的防指纹油污技术。据悉，这将是中国市场首款采用全球专业高科技防指纹油污的不锈钢材质的冰箱。
伊莱克斯是世界知名的电器设备制造公司，是世界最大的厨房设备、清洁洗涤设备及户外电器制造商，同时也是世界最大的商用电器生产商。1919年创建于瑞典，总部设在斯德哥尔摩。目前在60多个国家生产，并在160多个国家和地区销售各种电器产品。
伊莱克斯中国区总经理薛佳玲表示，“尊银”系列冰箱产品，不论在外观的设计上，还在在内部的技术运用上，都采用伊莱克斯的专业标准来开发的。
据介绍，“尊银”系列冰箱，采用具有物理磁性、强硬度、耐湿抗腐特性的SUS430不锈钢素体钢材，其纳米覆膜层更能抵抗油污，有效防止指纹印记。在内部技术运用上，除拥有伊莱克斯冰箱固有的6段生物保鲜技术外，还针对消费者实际的使用情况，推出了专业食品空间管理概念，奶制品、熟食、果蔬、美酒都有独立的储存空间，为防止意外发生，冰箱内部还特设了一个安全储存盒，使有限的冰箱空间得到合理有效的分隔，可以改善冰箱的内部环境，保障食品安全。而独特的自动冰吧，更能在一分钟之内快速制冰，满足生活需要。
⑵开发对海鸟身上油污进行快速清理的系统。2008年5月，有关媒体报道，海上石油泄漏事故，往往使大批海鸟身上沾满油污。芬兰研究人员研制出一套能对沾满油污的海鸟进行快速清理的系统，可大大提高遭石油污染海鸟的存活率。
该系统由检查室、清洗室和干燥室三部分组成。首先，操作员在检查室里对遭污染的海鸟进行分类，根据被污染的程度排列处理次序。然后，操作员对沾满油污的海鸟逐一进行清洗和干燥。这套系统便于运输和组装，能在石油泄漏事故现场，对海鸟进行及时快速处理，每天能清理150只被污染的海鸟。
2．开发微藻污水处理新技术
分离出可用于废水处理技术的8种野生微藻。2019年7月，国外媒体报道，瑞典科学家分离出一些野生微藻，经实验室研究发现，其中部分微藻能够清除亲水化合物，可用于废水处理工艺的应用。有关专家说，采用微藻污水处理技术系统，可能成为独特的污水处理工艺。
报道称，研究人员从瑞典北部地区分离出8种野生微藻，并把它们与纯培养菌株斜生栅藻一起，置于短光程平板生物反应器中培养，测试它们清除培养基中19种药物的能力。
结果表明，索氏小球藻B1-1的生长完全受到药物的抑制；栅藻 B2-2的生长受到强烈抑制；其他藻类菌株生长良好并伴随生物量累积。
在12天内，用这些微藻从生长培养基中，去除19种药物的活性成分。总体来看，培养基中亲脂化合物可被高效清除（平均2天就能清除70%以上）。
微藻生物量积累的亲脂化合物，包括双哌啶酮、三己基苯基、氯丙咪嗪和阿米替林等，其积累量与总生物量呈正相关。亲水化合物如咖啡因、氟康唑、曲美托环、可待因、卡马西平、奥西泮、曲马多等在培养基中相对难以清除，经微藻处理后，其残留量平均在60%以上。
这些微藻经过测试表明，有的对某些特定化合物的清除十分有效，有的可在12天内清除所有19种药物，同时积累的生物量中只有极小一部分药物会再次释放，还有的生长6天就可消除大部分药物。
研究测试表明，北欧地区野生的微藻，可用来清除环境中的药物残留，其清除效率甚至超出实验室纯培养菌株，说明它们具有开发潜能，可用于环境废水回收与再利用。
3．水体污染防治设施建设的新进展
建设先进高效的地下污水处理厂。2019年8月，国外媒体报道，一打开自来水龙头就能直接饮用，自来水比瓶装水更干净，湖水也能直接饮用……这些听起来很美好，甚至有些理想化的想法，在北欧国家芬兰已成为现实或着手努力的目标。其采取的一项重要措施，是建设地下污水处理厂。
随着新建污水厂日益增多，水处理厂选址成为困扰城市中心区污水系统完善的瓶颈。面对这个新问题，地下污水处理厂作为一种高效、集约用地的新模式，已成为未来城市污水处理规划的新方向。
地下污水处理厂，一般把所有建筑架构组团布置，形成地下箱体。竖向分为两层，其中底层为构筑物和管廊层，上层为设备和操作巡视层。较大规模的地下污水处理厂操作层均设有车道，满足消防车进出要求。按照地下污水处理厂的竖向标高与室外地坪的相对关系，地下污水处理厂可分为地下深埋式和地下浅埋式两种。
地下深埋式污水处理厂，建筑架构均埋设于地下，顶部做景观公园。地下浅埋式污水处理厂操作层部分露出地面，可实现部分自然采光、通风，有利于操作管理。地下污水处理厂建设常常面临一次性建设投资成本高的问题。但是综合考虑土地资源日益紧缺，污水处理厂对周边环境和经济影响等因素，地下污水处理厂的价值就会显现出来。
芬兰从1932年开始建造地下污水处理厂。Viikinmäki中心污水处理厂，建在赫尔辛基市中心附近，于1986年在污水排放隧道的端点开始建造，厂址高于海面，处理后的污水靠重力通过隧道排放到芬兰湾的卡塔杰洛托岛，出水口位于水底20米深处，这个设计还可防止海水倒灌入处理厂。
这是赫尔辛基唯一的一个污水处理厂，地下空间达14万亩，分3层，岩石坚固。地下第三层空间拥有8条污水处理线，这样的规模在整个北欧也是最大的。地下空间可以用阔绰来形容，宽15米，高3.4米，建造得这么高，是为了让消防车可以开进来，维修的大卡车、机器也可以方便出入。每年有4000人来这个著名的地下污水处理厂参观。
拉斯·伦德伯格先生1975年就来到这家公司，他回忆说，当时赫尔辛基市有5个普通的污水处理厂，20世纪90年代开始，该市开始集中处置污水，现在就只有这一家污水处理厂，年处理1亿吨污水，日处理量为20万吨～65万吨，污水在厂内处理需要一天，从管道流到海域需要一天。
很多污水处理厂很棘手的臭味问题，在这里得到很好的控制，其排臭气的烟囱有82米高，以此保证不会有臭气溢出。伦德伯格说，臭味在很多污水处理厂是大问题，但在这儿不是问题，为了防止臭气溢出，气压的控制非常重要，通气管道不断清理；除此之外，经常有专家在附近不同地区走来走去，查看有无异味，并记录下来。
为何选择建在地下？伦德伯格介绍说，芬兰四季分明，但冬天非常寒冷，如果污水处理厂在室外，需要做很多额外的工作，在室外，对处理技术的效率也有影响。在地下，则一年四季常温，冬天沼气出来的热量还能供热、供暖。记者了解到，1994年以后，芬兰新建的污水处理厂就全在地下了，另外一个关键原因是地下臭气容易控制。
芬兰这座污水处理厂污水处理工艺，为一套完整的活性污泥法工艺。进水水量28万立方米/天，生化部分的设计容量为31万立方米/天。进水先过格栅和初沉池，分离出水中较大的悬浮物，再经过活性污泥法去除有机物，这期间磷的去除和两相沉淀同时进行，投加絮凝剂硫酸亚铁（FeSO4）用于沉淀磷，所得的磷沉积物与污泥结合。
脱氮过程发生于两个单元，第一单元是活性污泥工艺的反硝化工艺段，第二单元在生物脱氮过滤器中，过滤器内附载脱氮微生物。在活性污泥法的好氧段（曝气部分），污水中的铵态氮被氧化成硝酸盐氮，进而在厌氧段中被还原成氮气。
由于该处理厂处于地下，水池等设施利用原有的岩石，混凝土只在需要的地方才用，水温等不受季节影响，利于生化作用。
建造地下污水处理厂，可以集约利用地下空间，充分利用地面环境条件。紧凑布局污水处理和深度处理构筑物及相关水处理设施，尽量节约土地资源和空间资源。还可在地面配套建设公共绿地、景观或实用性建筑；还可充分利用地形，错落有致布局，从而改善污水处理厂周边总体风貌，丰富城市景观。
建设污水深度处理设施和再生水回用配套管道系统，将再生水回用于景观水体、道路绿化浇洒等，不仅可节约宝贵的水资源，而且可促进城市水资源的循环利用，确 还有效地保护了区域水环境，对城市经济、社会、环境可持续发展起到积极作用。
